JP2005308019A - シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトに対するシールリングの接触・離隔を、必要に応じて確実に行う。また、ベローズを用いる場合、ベローズのピンホールを簡単かつ確実に検出する
【解決手段】 ハウジング11に孔12をあける。孔12にシャフト13を通す。孔12の周面に環状溝21を形成する。環状溝21に弾性Ｏリング22を挿入する。Ｏリング22に圧力を作用させたときに、Ｏリング22の内周側がシャフト13の外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、Ｏリング22の内周側がシャフト13の外周面から離隔させられるようにする。孔12の一方の開口縁部およびシャフト13外面間をベローズ14によって密封する。ベローズ14の内側に正圧または負圧を作用させうるようにする。ベローズ14の内側の圧力を検出する検出器43によって検出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、容器を成形、充填、シールする機械において、ハウジングとこれに通されたシャフト間をシールするシール装置に関する。

この種のシール装置としては、ハウジングとこれに通されたシャフト間にシールリングが介在させられ、シールリングの内周面側がシャフトの外面と常時接触させられるようになされているものが知られている。

このシール装置では、シールリングが異常摩耗をしたり、破損することがあった。また、シャフトを駆動する負荷が大きいという問題点もあった。

この問題点を解決したシール装置としては、ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられるようになされているものが知られている（特許文献１参照。）。

このシール装置では、シールリングの位置が安定しないと言う問題点があった。そのため、シャフトに対するシールリングの接触・離隔を確実に行うことができなかった。

また、この種のシール装置では、孔の一方の開口縁部およびシャフト外面間が伸縮部材によって密封されることがあった。この場合、伸縮部材のピンホールを検出する必要があったが、伸縮部材を内外二重構造とし、双方の伸縮部材間の圧力を測定するようにしていた（特許文献２参照。）。

このシール装置では伸縮部材が高価となる。また、内外どちらの伸縮部材にピンホールがあるのかを判定することができなかった。さらには、大きい取付スペースを必要とした。
特開平６−２７２７６６号公報 特開昭６３−５７９９１号公報

この発明の目的は、シャフトに対するシールリングの接触・離隔を、必要に応じて確実に行うことができ、また、伸縮部材を用いる場合、伸縮部材のピンホールを簡単かつ確実に検出することのできるシール装置を提供することにある。

この発明によるシール装置は、ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられるようになされているシール装置において、孔の一方の開口が伸縮部材によって密封され、伸縮部材の内側に正圧または負圧が作用させられうるようになされており、伸縮部材の内側の圧力を検出する検出器を備えているものである。

この発明によるシール装置では、伸縮部材のピンホールの検出に際し、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられかつ伸縮部材の内側に正圧または負圧が作用させられた状態で、伸縮部材の内側の圧力を検出すると、伸縮部材のピンホールの有無が検出される。したがって、伸縮部材のピンホールを簡単かつ確実に検出することができる。

さらに、溝の両開口縁部の少なくともいずれか一方にリング係合突起が設けられていることが好ましい。

この発明による他のシール装置は、ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられるようになされているシール装置において、溝の両開口縁部の少なくともいずれか一方にリング係合突起が設けられていることを特徴とするものである。

この発明による他のシール装置では、リング係合突起によってシールリングが溝から不用意に飛び出すことが防止されるから、シールリングの内周側がシャフトの外周面から確実に離隔させることができ、シールリングがシャフトと容易に接触することを防止できる。さらに、リング係合突起がシールリングに対して調心の作用をなすため、シールリングの位置を安定させることができる。

さらに、溝の一方の開口縁部の係合突起が、同開口縁部にそって連続して連なる環状突条であることが好ましい。

また、溝の一方の開口縁部の係合突起が、同開口縁部にそって断続して並んだ複数の点または線状突起であってもよい。

また、各係合突起の両側面のうち、シールリングと面する側の側面に丸みが付けられていてもよい。

さらに、上記の２つの発明において、シールリングに作用させられる圧力が、シールリングの外周側に作用させられる正圧であることが好ましい。

この発明によるさらなる他のシール装置は、ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられるようになされているシール装置において、孔の一方の開口縁部およびシャフト外面間が伸縮部材によって密封され、伸縮部材の内側に正圧または負圧が作用させられうるようになされており、伸縮部材の内側の圧力を検出する検出器を備えているものである。

このさらなる他のシール装置では、シールリングに正圧を作用させた上記したシール装置に代えて、シールリングに負圧を作用させている。

この発明によれば、シャフトに対するシールリングの接触・離隔を、必要に応じて確実に行うことができ、また、伸縮部材を用いる場合、伸縮部材のピンホールを簡単かつ確実に検出することができる。

この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。

図１を参照すると、包装機械のハウジングの一部を構成するブロック11にシャフト孔12が上下貫通状にあけられている。シャフト孔12には垂直状シャフト13が通されている。シャフト13は、図示しない手段によって軸方向に往復動させられる。シャフト孔12の上端開口縁部およびシャフト13の外面上端間は、胴部に蛇腹状部を有する垂直筒状伸縮部材、すなわち、ベローズ14によって密封されている。

シャフト孔12の周面上端近くには環状リング溝21が形成されている。リング溝21にはシールリング22が挿入されている。シールリング22として、ゴムのような弾性材製Ｏリングが用いられている。

ブロック11の周面からリング溝21底に向かって第１給気孔23が形成されている。ブロック11の底面から上に向かって第２給気孔24が形成されている。第２給気孔24の上端開口は、ベローズ14に形成された連通孔25を介してベローズ14の内側に連通させられている。

第１給気孔23には第１給気パイプ31の一端が接続されている。第２給気孔24には第２給気パイプ32の一端が接続されている。第１給気パイプ31および第２給気パイプ32の他端は、互いに合流させられて、第３給気パイプ33の一端に接続されている。第３給気パイプ33の他端は、コンプレッサ34に接続されている。

第１給気パイプ31には第１開閉弁41が備えられている。第１給気パイプ31の、第１給気孔23および第１開閉弁41間は、第２開閉弁42を介して大気に開放されている。第２給気パイプ32には、圧力検出器43、第３開閉弁44、第４開閉弁45および第１圧力制御弁46が、第２給気孔24から近い順に並んで備えられている。第２給気パイプ32の、第３開閉弁44および第４開閉弁45間は、第５開閉弁47を介して大気に開放されている。第３給気パイプ33には第２圧力制御弁48が備えられている。

図２は、リング溝21およびその周辺部が詳細に示されている。リング溝21の両開口縁部にはリング係合突起51が向き合うように形成されている。各リング係合突起51は、リング溝21の対応する開口縁部の全長にわたってのびた円環状の横断面略台形状のものである。

図２において、Ｏリング22は、突起51の内側面から離れた状態で示されているが、定常時に、例えば、Ｏリング22の内外が大気に開放されているときに、Ｏリング22および突起51は、軽く接触させられた状態となる。この状態において、シャフト13の外周面に対してはＯリング22の内周面側は離隔させられている。

この定常状態から、Ｏリング22の背面側に正圧が作用させられると、Ｏリング22が縮径させられるように変形させられ、変形した部分が両突起51の間から強制的に押出され、その先端部分がシャフト13外面に押圧される（鎖線で示す）。これにより、Ｏリング22を挟んでその上下両側の空間の通気が遮断、すなわち、シールされる。

ここで、Ｏリング22のシール作用の理解を手助けするために、シール作用に関わる各部を、具体的数字を挙げて詳細に説明する。

シャフト孔内径Ｄ1：２５．５ｍｍ、シャフト外径Ｄ2：２５．０ｍｍ、リング溝全幅Ｗ1：３．０ｍｍである。突起高さｈ：０．６５ｍｍとすると、リング溝開口幅Ｗ2：１．７ｍｍとなる。突起先端幅ｂ：２ｍｍとすると、突起内側面角度θ：４５°となる。

つぎに、再び、図１を参照しながら、ベローズ14のピンホールを検出する手順を説明する。

第１開閉弁41を開、第２開閉弁42を閉にし、第１給気パイプ31および第１給気孔23を通じて、リング溝21内のＯリング22外面側に正圧を作用させる。このときの圧力は、５ｋｇｆ／ｃｍ2程度でよい。これにより、Ｏリング22内面側がシャフト13の外面に押圧され、Ｏリング22のシール作用により、ベローズ14内が密封される。

つぎに、第３開閉弁44および第４開閉弁45を開、第５開閉弁47を閉にし、第２給気パイプ32および第２給気孔24を通じて、ベローズ14内に正圧を作用させる。圧力検出器43をチェックしながら、ベローズ14内の圧力が一定圧、例えば、０．２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ2に達すると、第３開閉弁44を閉にして、ベローズ14内の圧力を一定圧に保持する。一定時間経過後、圧力検出器43をチェックし、リークの有無を判断する。リークがあれば、圧力は低下する。

リーク検査が終了すると、第１開閉弁41を閉、第２開閉弁42を開にして、Ｏリング22の背圧を除去して、Ｏリング22をシャフト13外面から離隔させる。第３開閉弁44および第５開閉弁47を開、第４開閉弁45を閉にして、ベローズ14内を大気に開放する。

さらに、図３を参照しながら、突起51の大小、形状等がＯリング22のシール作用に与える影響について検証する。

図３(a)に示す突起51は、図２に示す突起51と同形状のものを示している。すなわち、ｈ1＝ｈ＝０．６５ｍｍ、ｂ1＝b＝０．２ｍｍ、θ1＝θ＝４５°である。図３(b)に示す突起52では、ｈ2＝０．６５ｍｍ、ｂ2＝０．５ｍｍ、Ｒ1＝０．４ｍｍである。図３(c)に示す突起53では、ｈ3＝０．４ｍｍ、ｂ3＝０．２ｍｍ、θ2＝４５°である。図３(d)に示す突起5４では、ｈ4＝０．４ｍｍ、ｂ4＝０．５ｍｍ、Ｒ2＝０．４ｍｍである。

以上の４種類の突起51〜54について、上記した手順により、リーク検査を行った。Ｏリング22としては、内径２４．５４９ｍｍの種類Ｉ、内径２５．０８９ｍｍの種類IIおよび内径２５．４３６ｍｍの種類IIIの３種類を用いた。検査結果を図４に示す。ベローズ14のピンホールの有無についてそれぞれ検査を行い、ピンホール有を検出したケースについて、図４中、○印で示している。また、図４中の突起形状(a)〜(d)は、図３(a)〜(d)と対応している。

図１に基づいて説明したピンホールの検査では、検査中、ベローズ14内を正圧に保持するようにしていた。図５は、検査中のベローズ14内は負圧に保持されるようにした例を示している。

第１給気孔23は、第４給気パイプ61によってコンプレッサ34に直接接続されている。第４給気パイプ61には、第１給気パイプ31に備えられた第１開閉弁41および第２開閉弁42と、第３給気パイプ33に備えられた第２圧力制御弁48とが備えられている。第２給気孔24は、第５給気パイプ62によってバキュームポンプ63に接続されている。第５給気パイプ62には、第２給気パイプ32に備えられた圧力検出器43、第３開閉弁44、第４開閉弁45、第５開閉弁47および第１圧力制御弁46が同じように備えられている。

Ｏリング22に背圧を作用させる手順は、図１に基づいて説明した手順と同じである。さらに、同じように、第３開閉弁44、第４開閉弁45および第５開閉弁47を開閉することにより、ベローズ14内には一定の負圧が作用させられる。このときの負圧の大きさは、−０．８〜−０．２ｋｇｆ／ｃｍ2程度である。

上記したリーク検査と同じ４種類の突起51〜54および３種類のＯリング22について、同じようにリーク検査を行った。図６に検査結果が示されている。

図１および図５にそれぞれ基づいて説明した検査では、Ｏリング22に正圧を作用させることにより、シャフト13にＯリング22を押圧するようにしている。図７では、Ｏリング22に負圧を作用させるようにした例が示されている。図７では、図１のコンプレッサ34に代わり、バキュームポンプ71が用いられている。

図８に詳細に示すように、定常時、Ｏリング22はシャフト13に押圧されており、これにより、Ｏリング22はシール作用を発揮している。この状態で、背圧として、Ｏリング22に負圧を作用させると、Ｏリング22は、拡径するように変形させらて、シャフト13から離隔させられる（鎖線で示す）。これにより、Ｏリング22の上下の空間は連通させられる。また、図８に示すリング溝21の底には、Ｏリング22の密着防止するための溝72が形成されている。

図７において、Ｏリング22に負圧を作用させる手順およびベローズ14内に負圧を作用させる手順は、図１において、Ｏリング22に正圧を作用させる手順およびベローズ14内に正圧を作用させる手順と同じであり、正圧を負圧と読み替えればよい。

さらに、Ｏリング22に負圧を作用させた状態で、ベローズ14内に、負圧に代えて、正圧を作用させて検査を行ってもよい。その場合、図５のバキュームポンプ63に代えて、コンプレッサを用いればよい。

上記において、突起51の形状は、連続した連なった円環状のものとして説明した。これに代わり、断続して並んだ複数の点または線状の突起51としてもよい。

さらに、突起51〜54は、リング溝21の両開口縁部にそれぞれ設けられているが、両開口縁部の一方にだけ突起があってもよい。

以上説明したシール装置は、包装機械の無菌チャンバおよびこれを貫通して昇降せられるシャフトの双方の間の通気を遮断するためのベローズのリーク検査、充填ノズルにおいてチャッキ弁を昇降させるためのシャフトを充填液から遮断するためのベローズ等に適用される。

この発明によるシール装置の全体構成を示す概略構成図である。 同シール装置のリング溝およびその周辺部の詳細説明図である。 同シール装置のリング係合突起の様々な形状示す説明図である。 図１に示すシール装置によるリーク検査結果を示す図表である。 図１に示すシール装置の変形例を示す図１相当の構成図である。 図５に示すシール装置によるリーク検査結果を示す図表である。 図１に示すシール装置のさらなる変形例を示す図１相当の構成図である。 図７に示すシール装置のリング溝およびその周辺部の詳細説明図である。

符号の説明

11 ハウジング
12 孔
13 シャフト
21 溝
22 Ｏリング
43 圧力検出器

Claims (9)

1. ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられるようになされているシール装置において、
   孔の一方の開口縁部およびシャフト外面間が伸縮部材によって密封され、伸縮部材の内側に正圧または負圧が作用させられうるようになされており、伸縮部材の内側の圧力を検出する検出器を備えているシール装置。
2. 溝の両開口縁部の少なくともいずれか一方にリング係合突起が設けられている請求項１に記載のシール装置。
3. ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられるようになされているシール装置において、
   溝の両開口縁部の少なくともいずれか一方にリング係合突起が設けられていることを特徴とするシール装置。
4. 溝の一方の開口縁部の係合突起が、同開口縁部にそって連続して連なる環状突条である請求項２または３に記載のシール装置。
5. 溝の一方の開口縁部の係合突起が、同開口縁部にそって断続して並んだ複数の点または線状突起である請求項２または３に記載のシール装置。
6. 各係合突起の両側面のうち、シールリングと面する側の側面に丸みが付けられている請求項１〜５のいずれか１つに記載のシール装置。
7. シールリングに作用させられる圧力が、シールリングの外周側に作用させられる正圧である請求項１〜６のいずれか１つに記載のシール装置。
8. ハウジングに孔があけられ、孔にシャフトが通され、孔の周面に環状溝が形成され、環状溝に弾性シールリングが挿入され、シールリングに圧力を作用させたときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面から離隔させられ、同圧力の作用を停止したときに、シールリングの内周側がシャフトの外周面と接触させられるようになされているシール装置において、
   孔の一方の開口縁部およびシャフト外面間が伸縮部材によって密封され、伸縮部材の内側に正圧または負圧が作用させられうるようになされており、伸縮部材の内側の圧力を検出する検出器を備えているシール装置。
9. シールリングに作用させられる圧力が、シールリングの外周側に作用させられる負圧である請求項８に記載のシール装置。
   

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